KR102654319B1 - Current handling in the legs and anchors of an RF switch - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적으로 넓은 전압 동작 범위에 걸쳐 MEMS 스위치들의 컨택 저항의 양호한 제어 가능성을 획득하기 위한 기술에 관한 것이다.The present invention generally relates to techniques for obtaining good controllability of the contact resistance of MEMS switches over a wide voltage operating range.
Description
본 발명은 일반적으로 MEMS 스위치에서 레그와 앵커의 전류 처리를 개선하는 기술에 관한 것이다.The present invention generally relates to techniques for improving current handling of legs and anchors in MEMS switches.
MEMS 저항 스위치는 작동 전극에 전압을 인가함으로써 움직이는 가동성 플레이트를 포함한다. 일단 전극 전압이 스냅인 전압(snap-in voltage)이라고 지칭되는 특정 전압에 도달하면, 플레이트는 전극쪽으로 이동한다. 일단 전압이 릴리스 전압(release voltage)으로 낮춰지면 플레이트는 원래 위치로 되돌아간다. 상기 릴리스 전압은, 일반적으로 플레이트가 작동 전극에 가까울 때의 더 높은 정전기력으로 인해, 그리고, 플레이트와 이 플레이트가 전극에 더 가깝게 이동하게 되면 상기 플레이트가 접촉하게 되는 표면 간의 정지 마찰로 인해서, 상기 스냅인 전압보다 낮다. MEMS 디바이스의 스프링 상수는 풀인 전압 및 풀 오프 전압의 값을 결정한다.MEMS resistive switches include a movable plate that is moved by applying a voltage to an actuating electrode. Once the electrode voltage reaches a certain voltage, referred to as the snap-in voltage, the plate moves toward the electrode. Once the voltage is lowered to the release voltage, the plate returns to its original position. The release voltage is generally higher due to higher electrostatic forces when the plate is closer to the working electrode, and due to static friction between the plate and the surface it comes into contact with when it is moved closer to the electrode. lower than voltage. The spring constant of a MEMS device determines the values of the pull-in and pull-off voltages.
스위치의 플레이트가 하향으로 작동될 때, 플레이트는 컨택 전극 상에 랜딩하고 이와 오믹 컨택을 한다. 오믹 컨택으로부터 스위치 바디로 주입되는 결과 전류는 스위치의 앵커에서 나와 레그-서스펜션(leg-suspension)과 스위치 앵커 비아들을 통하여 흐른다. When the plate of the switch is actuated downward, the plate lands on and makes ohmic contact with the contact electrode. The resulting current injected from the ohmic contact into the switch body exits the switch's anchor and flows through the leg-suspension and switch anchor vias.
이러한 전류는 줄 히팅(Joule heating)에 의해 레그에서 온도 상승을 유발하고 원하지 않는 열 팽창을 발생시키는 고온을 유도할 수 있으며, 이는 스위칭 전압의 변화 또는 디바이스 제조에 자주 사용되는 합금 재료의 상 변화(phase changes)를 유발할 수 있다. 동시에 이러한 전류는 MEMS 디바이스를 기판에 앵커링하는데 사용되는 비아들의 결함을 유발할 수 있다. These currents can induce high temperatures that cause temperature rises in the legs by Joule heating and generate undesirable thermal expansion, which can result in changes in switching voltage or phase changes in the alloy materials often used to manufacture devices. phase changes). At the same time, these currents can cause defects in vias used to anchor MEMS devices to the substrate.
따라서, 본 기술 분야에서 레그와 앵커 비아들의 파괴적인 고장을 초래하지 않으면서 서 큰 전류를 전달할 수 있는 MEMS 스위치가 필요하다.Therefore, there is a need in this field of technology for MEMS switches that can transmit large currents without causing destructive failure of the legs and anchor vias.
본 발명은 일반적으로 MEMS 스위치에 의해 더 큰 전류가 처리될 수 있는 개선된 레그 및 앵커 구조에 관한 것이다. The present invention generally relates to improved leg and anchor structures that allow larger currents to be handled by MEMS switches.
일 실시형태에서, MEMS(micro-electro-mechanical system) 디바이스는, 적어도 앵커 전극(anchor electrode), 풀다운 전극(pull-down electrode), 및 RF 전극(RF electrode)을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판; 상기 기판 및 풀-다운 전극 상에 배치된 절연 층; 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격되고 및 상기 RF 전극으로부터 상기 제 1 거리와 다른 제 2 거리만큼 이격된 위치로부터 이동 가능한 스위칭 소자;를 포함하며, 상기 스위칭 소자는: 하단 층; 상단 층; 및 상기 하단 층을 상단 층에 연결하는 복수의 비아들;을 포함하며, 상기 스위칭 소자는 제1 앵커 부분, 제1 레그 부분, 및 브리지 부분을 포함하고, 상기 앵커 부분과 브리지 부분에 복수의 비아들이 배치되며, 상기 앵커 부분은 상기 앵커 전극에 결합된다. In one embodiment, a micro-electro-mechanical system (MEMS) device has a plurality of electrodes therein including at least an anchor electrode, a pull-down electrode, and an RF electrode. formed substrate; an insulating layer disposed on the substrate and the pull-down electrode; a switching element spaced apart from the RF electrode by a first distance and movable from a position spaced apart from the RF electrode by a second distance different from the first distance, wherein the switching element includes: a bottom layer; top layer; and a plurality of vias connecting the lower layer to the upper layer, wherein the switching element includes a first anchor portion, a first leg portion, and a bridge portion, and a plurality of vias in the anchor portion and the bridge portion. are disposed, and the anchor portion is coupled to the anchor electrode.
다른 실시형태에서, MEMS 디바이스는, 적어도 앵커 전극, 풀-다운 전극 및 RF 전극을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판; 상기 앵커 전극에 배치된 앵커 컨택부; 상기 기판 및 풀-다운 전극 상에 배치된 절연 층; 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격되고 및 상기 RF 전극으로부터 상기 제 1 거리와 다른 제 2 거리만큼 이격된 위치로부터 이동 가능한 스위칭 소자;를 포함하며, 상기 스위칭 소자는: 하단 층; 상단 층; 및 상기 하단 층을 상단 층에 연결하는 복수의 비아들;을 포함하며, 상기 스위칭 소자는 캐비티(cavity) 내에 싸여있으며, 상기 캐비티의 측벽은 상기 하단 층, 상단 층, 및 앵커 컨택부와 접촉하고, 상기 캐비티의 측벽은 상기 하단 층, 상단 층, 및 앵커 컨택부에 전기적으로 결합된다. In another embodiment, a MEMS device includes a substrate having a plurality of electrodes formed therein, including at least an anchor electrode, a pull-down electrode, and an RF electrode; an anchor contact portion disposed on the anchor electrode; an insulating layer disposed on the substrate and the pull-down electrode; a switching element spaced apart from the RF electrode by a first distance and movable from a position spaced apart from the RF electrode by a second distance different from the first distance, wherein the switching element includes: a bottom layer; top layer; and a plurality of vias connecting the bottom layer to the top layer, wherein the switching element is enclosed in a cavity, and a side wall of the cavity is in contact with the bottom layer, the top layer, and the anchor contact portion. , the side walls of the cavity are electrically coupled to the bottom layer, top layer, and anchor contact portion.
또 다른 실시형태에서, MEMS 디바이스는, 적어도 앵커 전극, 풀-다운 전극 및 RF 전극을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판; 상기 앵커 전극에 배치된 앵커 컨택부; 상기 기판 및 풀-다운 전극 상에 배치된 절연 층; 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격되고 및 상기 RF 전극으로부터 상기 제 1 거리와 다른 제 2 거리만큼 이격된 위치로부터 이동 가능한 스위칭 소자;를 포함하며, 상기 스위칭 소자는: 하단 층; 상단 층; 및 상기 하단 층을 상단 층에 연결하는 복수의 비아들;을 포함하며, 상기 스위칭 소자는 제1 앵커 부분, 제1 레그 부분, 및 브리지 부분을 포함하고, 상기 앵커 부분과 브리지 부분에 복수의 비아들이 배치되며, 상기 앵커 부분은 상기 앵커 전극에 결합되며, 측벽이 상기 하단 층, 상단 층, 및 앵커 컨택부와 접촉하는 캐비티을 더 포함하고, 상기 캐비티의 측벽은 상기 하단 층, 상단 층, 및 앵커 컨택부에 전기적으로 결합된다. In another embodiment, a MEMS device includes a substrate having a plurality of electrodes formed therein, including at least an anchor electrode, a pull-down electrode, and an RF electrode; an anchor contact portion disposed on the anchor electrode; an insulating layer disposed on the substrate and the pull-down electrode; a switching element spaced apart from the RF electrode by a first distance and movable from a position spaced apart from the RF electrode by a second distance different from the first distance, wherein the switching element includes: a bottom layer; top layer; and a plurality of vias connecting the lower layer to the upper layer, wherein the switching element includes a first anchor portion, a first leg portion, and a bridge portion, and a plurality of vias in the anchor portion and the bridge portion. are disposed, the anchor portion is coupled to the anchor electrode, and the sidewall further includes a cavity in contact with the bottom layer, the top layer, and the anchor contact portion, and the sidewall of the cavity is connected to the bottom layer, the top layer, and the anchor. It is electrically coupled to the contact part.
이하에서는 상기한 본 발명의 특징들을 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 더 상세히 설명한다. 그러나, 첨부된 도면과 실시예들은 본 발명의 일 예에 지나지 않으며, 본 발명은 이에 의하여 한정되지 않고 다른 유사한 실시예들을 포함한다. Hereinafter, the features of the present invention described above will be described in more detail through examples with reference to the attached drawings. However, the attached drawings and embodiments are only examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto and includes other similar embodiments.
도 1a는 오믹 MEMS 스위치의 개략적인 평면도이다.
도 1b는 다수의 병렬으로 동작하는 MEMS 스위치를 포함하는 오믹 스위치 셀의 개략적인 평면도이다.
도 1c는 다수의 병렬으로 동작하는 스위치-셀들을 포함하는 오믹 스위치 어레이의 개략적인 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 MEMS 오믹 스위치의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치의 개략도이다.
이해를 돕기 위하여, 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조부호가 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 요소들은 특별한 설명이 없어도 다른 실시예들에도 유리하게 사용될 수 있다. 1A is a schematic top view of an ohmic MEMS switch.
Figure 1B is a schematic top view of an ohmic switch cell containing multiple MEMS switches operating in parallel.
Figure 1C is a schematic top view of an ohmic switch array comprising multiple switch-cells operating in parallel.
Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a MEMS ohmic switch according to one embodiment.
3A-3G are schematic diagrams of a MEMS ohmic switch at various stages of manufacturing according to one embodiment.
To facilitate understanding, the same reference numerals are used for like elements in the drawings. Elements disclosed in one embodiment may be advantageously used in other embodiments without specific explanation.
도 1a는 오믹 MEMS 스위치(100)의 개략적인 평면도이다. 상기 스위치(100)는 RF 전극(102), 풀-다운 전극(104) 및 앵커 전극(106)을 포함한다. 충분히 높은 전압이 풀다운 전극(104)에 인가되면, MEMS 스위치는 하향으로 작동하여, RF 전극(102)과 앵커 전극(106) 간에 오믹 접속을 형성한다.1A is a schematic top view of an ohmic MEMS switch 100. The switch 100 includes an RF electrode 102, a pull-down electrode 104, and an anchor electrode 106. When a sufficiently high voltage is applied to the pull-down electrode 104, the MEMS switch operates downward, forming an ohmic connection between the RF electrode 102 and the anchor electrode 106.
도 1b는 다수의 MEMS 스위치(100)를 포함하는 오믹 스위치 셀(110)의 개략적인 평면도이다. 해당 셀(110) 내의 모든 MEMS 스위치(100)는, 풀다운 전극(104) 상에 충분히 높은 전압을 인가함으로써 동시에 턴 온된다. 다수의 스위치가 병렬로 동작되기 때문에, RF 전극(102)과 앵커 전극(106) 간의 저항이 감소된다.FIG. 1B is a schematic top view of an ohmic switch cell 110 including a plurality of MEMS switches 100. All MEMS switches 100 within a given cell 110 are turned on simultaneously by applying a sufficiently high voltage on the pull-down electrode 104. Because multiple switches are operated in parallel, the resistance between the RF electrode 102 and the anchor electrode 106 is reduced.
도 1c는 오믹 스위치 어레이의 개략적인 평면도를 도시한다. 이러한 어레이는 다수의 병렬으로 작동하는 스위치-셀들(110)을 포함한다. 각 셀의 RF 전극(102)들은 각 스위치 셀(110)의 일단에서 함께 접속되고, 앵커 전극들(106)은 각 스위치 셀(110)의 다른 단부에서 함께 접속된다. 모든 셀들이 턴 온되면, RF 전극(102)과 앵커 전극(106) 간의 저항이 더 감소된다. 동시에, 많은 스위치들이 병렬로 작동하기 때문에, 전체 스위치 어레이가 더 많은 전류를 처리할 수 있다.Figure 1C shows a schematic top view of an ohmic switch array. This array includes multiple switch-cells 110 operating in parallel. The RF electrodes 102 of each cell are connected together at one end of each switch cell 110, and the anchor electrodes 106 are connected together at the other end of each switch cell 110. When all cells are turned on, the resistance between the RF electrode 102 and the anchor electrode 106 is further reduced. At the same time, because many switches operate in parallel, the entire switch array can handle more current.
도 2는 오믹 MEMS 스위치(200)의 단면도를 도시한다. 본 개시는 MEMS 레그-서스펜션 및 앵커의 전류 처리 용량을 향상시키는 방법을 설명한다. MEMS 스위치(200)는 기판(202) 상에 위치한 RF 전극(102), 풀다운 전극(104) 및 앵커 전극(106)을 포함한다. 풀다운 전극(104)은 유전체층(204)으로 덮여 있으며, 이로서, 풀다운 상태에서 MEMS 스위치와 풀다운 전극 간의 단락이 방지된다. 전기적 절연 또는 유전체 층(204)에 적합한 재료는 실리콘-산화물(silicon-oxide), 실리콘-이산화물(silicon-dioxide), 실리콘-질화물(silicon-nitride) 및 실리콘-옥시나이트라이드(silicon-oxynitride)를 포함하는 실리콘계 재료(silicon based materials)를 포함한다. 상기 층(204)의 두께는 전형적으로, 유전체 층에서 전계를 제한하기 위해, 50nm 내지 150nm의 범위 내에 있다. RF 전극(102)의 상단 상에는, RF 컨택부(contact)(206)가 배치되며, 이 컨택부는 풀 다운 상태에서 스위치 바디와 오믹 컨택를 형성한다. 앵커 전극(106)의 상단 상에는, MEMS 디바이스가 고정되는 앵커 컨택부(208)가 있다. 컨택 층(206, 208)에 사용되는 전형적인 재료는 Ti, TiN, TiAl, TiAlN, AlN, Al, W, Pt, Ir, Rh, Ru, RuO2, ITO 및 Mo 및 이들의 조합을 포함한다.Figure 2 shows a cross-sectional view of the ohmic MEMS switch 200. This disclosure describes a method of improving the current handling capacity of MEMS leg-suspension and anchors. MEMS switch 200 includes an RF electrode 102, a pull-down electrode 104, and an anchor electrode 106 located on a substrate 202. The pull-down electrode 104 is covered with a dielectric layer 204, which prevents short circuit between the MEMS switch and the pull-down electrode in the pull-down state. Suitable materials for the electrically insulating or dielectric layer 204 include silicon-oxide, silicon-dioxide, silicon-nitride, and silicon-oxynitride. It includes silicon based materials. The thickness of the layer 204 is typically in the range of 50 nm to 150 nm to limit the electric field in the dielectric layer. On top of the RF electrode 102, an RF contact 206 is disposed, which forms ohmic contact with the switch body in the pulled down state. On top of the anchor electrode 106 is an anchor contact 208 to which the MEMS device is secured. Typical materials used for contact layers 206, 208 include Ti, TiN, TiAl, TiAlN, AlN, Al, W, Pt, Ir, Rh, Ru, RuO 2 , ITO and Mo, and combinations thereof.
스위치 소자는 비아들(214)의 어레이를 사용하여 함께 결합되는 도전성 층들(210, 212)로 구성된 스티프한 브리지(stiff bridge)를 포함한다. 이로써, 스티프한 플레이트 섹션 및 유연성 레그가 작동 전압을 허용 가능한 수준으로 유지할 수 있으면서 높은 접촉력을 제공할 수 있다. MEMS 브리지는 MEMS 브리지의 하부 층(210)에 형성된 레그(leg)(216) 및 MEMS 브리지의 상부 층(212)에 형성된 레그(218)에 의해 현수된다. MEMS 브리지의 상부 층은 비아(220)에 의해서, MEMS의 하부 층(212)에 고정된다. MEMS 브리지의 하부 층은 비아(222)로 앵커 컨택부(208)에 고정된다. MEMS 스위치가 하향 작동될 때 RF 컨택부(206)로부터 MEMS 브리지로 주입되는 전류는, MEMS 브리지를 통해, 양 방향으로, 스위치 본체의 양측에 각기 위치한 앵커 전극들(106)로 흐른다. 스위치의 전류 처리는 단지 하나의 층을 이용하는 대신에 MEMS 브리지의 양 층(210, 212)에서의 레그(216, 218)을 사용함으로써 향상될 수 있다. 이들 레그들은 MEMS 브리지 내의 비아들(214)을 통해서 함께 결합되지 않기 때문에, 이들 레그들의 유연성은 적절한 동작 전압으로도 MEMS 브리지(210, 212)가 RF 컨택부(206)와 접촉하도록 풀 다운되게 충분하게 낮다. The switch element includes a stiff bridge comprised of conductive layers 210, 212 coupled together using an array of vias 214. This allows the stiff plate section and flexible legs to provide high contact forces while maintaining the operating voltage at an acceptable level. The MEMS bridge is suspended by legs 216 formed in the lower layer 210 of the MEMS bridge and legs 218 formed in the upper layer 212 of the MEMS bridge. The top layer of the MEMS bridge is secured to the bottom layer of the MEMS 212 by vias 220 . The lower layer of the MEMS bridge is secured to the anchor contact 208 with vias 222. When the MEMS switch is operated downward, the current injected from the RF contact portion 206 to the MEMS bridge flows in both directions through the MEMS bridge to the anchor electrodes 106 located on both sides of the switch body. The current handling of the switch can be improved by using legs 216, 218 in both layers 210, 212 of the MEMS bridge instead of using just one layer. Because these legs are not coupled together through vias 214 in the MEMS bridge, the flexibility of these legs is sufficient to allow the MEMS bridges 210, 212 to be pulled down to contact the RF contacts 206 with an appropriate operating voltage. It's very low.
상기 MEMS 브릿지 위에는, MEMS를 오프 상태 동안 루프까지 끌어 올리는데 사용되는 금속 풀업 전극(226)으로 캡핑된 유전체층(224)이 있다. 상기 유전체층(224)은 상향 작동된 상태에서, MEMS 브리지와 풀업 전극(226) 사이의 단락을 피하고 높은 신뢰성을 위해 전계를 제한한다. MEMS 디바이스를 상단까지 이동시키면, 오프 상태에서 RF 전극(102)으로의 스위치의 정전 용량이 저감된다. 캐비티 루프는 기계적 강도를 위한 추가의 유전체 층(228)을 더 포함한다. 캐비티는 제조중 존재하는 희생 층을 제거하는데 사용된 에칭 릴리즈 홀(232)을 채우는 유전체 층(230)으로 밀봉된다. 상기 유전체층(230)은 에칭 릴리즈 홀들(232)을 채우며 앵커에서 MEMS 브리지의 상부 층(212)에 추가적인 기계적 서포트를 제공하는 동시에 캐비티를 밀폐하여 캐비티 내에서의 저압 환경을 제공한다. 루프 유전체 층(228, 230)에 적합한 재료는 실리콘-산화물, 실리콘-이산화물, 실리콘-질화물 및 실리콘-옥시나이트 라이드를 포함하는 실리콘계 재료을 포함한다. Above the MEMS bridge is a dielectric layer 224 capped with a metal pull-up electrode 226 that is used to pull the MEMS up to the loop during the off state. In the up-actuated state, the dielectric layer 224 avoids short circuits between the MEMS bridge and the pull-up electrode 226 and limits the electric field for high reliability. Moving the MEMS device to the top reduces the capacitance of the switch to the RF electrode 102 in the off state. The cavity loop further includes an additional dielectric layer 228 for mechanical strength. The cavity is sealed with a dielectric layer 230 that fills the etch release hole 232 used to remove the sacrificial layer present during fabrication. The dielectric layer 230 fills the etch release holes 232 and provides additional mechanical support to the top layer 212 of the MEMS bridge at the anchor while sealing the cavity and providing a low pressure environment within the cavity. Suitable materials for loop dielectric layers 228, 230 include silicon-based materials including silicon-oxide, silicon-dioxide, silicon-nitride, and silicon-oxynitride.
풀업 전극(226)에 사용되는 동일한 도전성 층이 또한 캐비티의 측면들(234)에 사용될 수 있고, 이는 참조부호 236 위치에서 MEMS 브리지의 상부 층(212)에 연결되고, 참조부호 238 위치애서 MEMS 브리지의 하부 층(210)에 연결되고, 앵커 컨택부(208)에 연결된다. 따라서, 이러한 측면 전기 연결은 MEMS 브리지(210, 212)에서 앵커 컨택부(208)까지 MEMS 브리지 비아들(220, 222)과 병렬로 전류 경로를 제공하고, MEMS 앵커의 처리 용량을 증가시킨다. The same conductive layer used for the pull-up electrode 226 may also be used on the sides 234 of the cavity, which are connected to the top layer 212 of the MEMS bridge at position 236 and to the MEMS bridge at position 238. It is connected to the lower layer 210 and to the anchor contact portion 208. Accordingly, this lateral electrical connection provides a current path in parallel with the MEMS bridge vias 220, 222 from the MEMS bridge 210, 212 to the anchor contact 208 and increases the throughput capacity of the MEMS anchor.
도 3a 내지 도 3h는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치(200)의 개략도이다. 도 3a는 MEMS 스위치의 백플레인 출발 재료(backplane starting material)를 도시하고, 이는 RF 전극들(102), 풀인 전극들(104), 및 앵커 전극들(106)을 포함하는 복수의 전극을 갖는 기판(202)을 포함한다. 기판(202)은 단일 층 기판 또는 하나 이상의 상호 접속 층을 갖는 CMOS 기판과 같은 다층 기판을 포함할 수 있다. 또한, 전극(102, 104, 106)에 사용될 수 있는 적절한 재료는 상이한 재료들의 다층 스택을 포함하여, 질화 티타늄, 알루미늄, 텅스텐, 구리, 티타늄 및 이들의 조합을 포함한다. 풀다운 전극(104)은 전기 절연 층(204)으로 커버된다. 전기 절연 층(204)에 적합한 재료는 실리콘-산화물, 실리콘-이산화물, 실리콘-질화물 및 실리콘-옥시나이트라이드를 포함하는 실리콘계 재료을 포함한다. RF 전극의 상단에는 RF 컨택부(206)가 있고, 앵커 전극(106)의 상단에는 앵커 컨택부(206)가 있다. 컨택부(206, 208)에 사용되는 전형적인 재료는 Ti, TiN, TiAl, TiAlN, AlN, Al, W, Pt, Ir, Rh, Ru, RuO2, ITO 및 Mo 및 이들의 조합을 포함한다. 3A-3H are schematic diagrams of a MEMS ohmic switch 200 at various stages of manufacturing according to one embodiment. 3A shows the backplane starting material of a MEMS switch, which consists of a substrate having a plurality of electrodes including RF electrodes 102, pull-in electrodes 104, and anchor electrodes 106. 202). Substrate 202 may include a single layer substrate or a multilayer substrate, such as a CMOS substrate with one or more interconnection layers. Additionally, suitable materials that can be used for electrodes 102, 104, 106 include titanium nitride, aluminum, tungsten, copper, titanium, and combinations thereof, including multilayer stacks of different materials. Pull-down electrode 104 is covered with an electrically insulating layer 204. Suitable materials for the electrical insulating layer 204 include silicon-based materials including silicon-oxide, silicon-dioxide, silicon-nitride, and silicon-oxynitride. There is an RF contact part 206 at the top of the RF electrode, and an anchor contact part 206 is at the top of the anchor electrode 106. Typical materials used for contacts 206 and 208 include Ti, TiN, TiAl, TiAlN, AlN, Al, W, Pt, Ir, Rh, Ru, RuO 2 , ITO and Mo, and combinations thereof.
도 3b는 희생 층(302)과 희생 층(302)의 오프닝 비아들(222)을 성막하고, 레그들(216)을 포함하는 하부 브리지 부분을 성막 및 패터닝(patterning) 함으로써 백플레인(backplane)에 형성되는 MEMS 브리지의 하부 층(210)을 도시한다. 3B shows a sacrificial layer 302 formed on a backplane by depositing the opening vias 222 of the sacrificial layer 302 and depositing and patterning the lower bridge portion including the legs 216. The bottom layer 210 of the MEMS bridge is shown.
도 3c는 MEMS 브리지의 상부 층(212)의 형성을 도시한다. 추가의 희생 재료(302)가 성막되고, 하부 MEMS 브리지(210)에 놓이는 비아들(220, 214)의 위치들에 개구들이 생성된다. 상부 MEMS 브리지가 성막되고 패터닝되어 비아들(214)에 의해 연결되고 레그들(216, 218)과 앵커 비아들(220, 222)을 포함하는 전체 MEMS 브리지(210, 212)를 형성한다. Figure 3C shows the formation of the top layer 212 of the MEMS bridge. Additional sacrificial material 302 is deposited and openings are created at the locations of vias 220 and 214 that lie in the lower MEMS bridge 210. The top MEMS bridge is deposited and patterned to form a complete MEMS bridge 210, 212 connected by vias 214 and including legs 216, 218 and anchor vias 220, 222.
도 3d는 추가적인 희생 재료(302)와 절연 유전체 층(224)을 성막하여 풀업 전극을 형성하는 것을 도시한다. 전기적 절연 층(224)에 적합한 재료는 실리콘-산화물, 실리콘-이산화물, 실리콘-질화물 및 실리콘-옥시나이트라이드를 포함하는 실리콘계 재료을 포함한다. 유전체 층(224)과 희생 재료(302)는 캐비티 외형을 형성하도록 패터닝되고 이에 의해 하부 MEMS 브리지 층의 부분들(238)과 상부 MEMS 브리지 층의 부분들(236) 및 앵커 컨택 층(208)을 노출시킨다. FIG. 3D shows depositing additional sacrificial material 302 and an insulating dielectric layer 224 to form a pull-up electrode. Suitable materials for electrically insulating layer 224 include silicon-based materials including silicon-oxide, silicon-dioxide, silicon-nitride, and silicon-oxynitride. Dielectric layer 224 and sacrificial material 302 are patterned to form a cavity outline thereby connecting portions of the lower MEMS bridge layer 238, portions of the upper MEMS bridge layer 236, and anchor contact layer 208. expose.
도 3e는 풀업 전극(226)과 측벽 전기 연결부들(234)의 형성을 도시하는데, 이들은 상부 MEMS 브리지 층의 노출된 부분들(236)과 하부 MEMS 브리지 층의 노출된 부분들 및 앵커 컨택부(208)에 연결되어 MEMS 브리지(210, 212)에서 앵커 컨택부(208)로 앵커 비아들(220, 222)과 병렬로 추가 전류 경로를 제공한다. 3E shows the formation of the pull-up electrode 226 and sidewall electrical connections 234, which connect exposed portions of the upper MEMS bridge layer 236, exposed portions of the lower MEMS bridge layer, and anchor contacts ( 208) to provide an additional current path from the MEMS bridges 210 and 212 to the anchor contact portion 208 in parallel with the anchor vias 220 and 222.
도 3f는 유전체 재료(228)를 성막하여 캐비티 루프를 형성하는 것을 도시한다. 전기적 절연 층(228)에 적합한 재료는 실리콘-산화물, 실리콘-이산화물, 실리콘-질화물 및 실리콘-옥시나이트라이드를 포함하는 실리콘계 재료을 포함한다. 이 층은 루프에 추가적인 기계적 강도를 제공한다. 에칭 릴리즈 홀들(232)은 캐비티에 희생 재료를 노출하도록 개방된다. FIG. 3F shows depositing dielectric material 228 to form a cavity loop. Suitable materials for electrically insulating layer 228 include silicon-based materials including silicon-oxide, silicon-dioxide, silicon-nitride, and silicon-oxynitride. This layer provides additional mechanical strength to the loop. Etch release holes 232 open to expose sacrificial material in the cavity.
도 3g는 희생 층이 릴리즈 홀들(232)을 통하여 제거되고 유전체 층(230)으로 밀폐된 후의 MEMS 스위치를 도시한다. 유전체 층(230)이 또한 에칭 릴리즈 홀들(232) 내에 성막되고 앵커에 추가적인 기계적 강도를 제공하도록 상부 MEMS 브리지 층(212)에 놓인다. Figure 3g shows the MEMS switch after the sacrificial layer has been removed through release holes 232 and sealed with dielectric layer 230. A dielectric layer 230 is also deposited within the etch release holes 232 and placed on the top MEMS bridge layer 212 to provide additional mechanical strength to the anchor.
스위칭 소자 브리지의 상단 층이 앵커 영역으로 확장됨으로써 앵커 영역은 더 큰 기계적 강도를 가진다. 또한, 앵커의 전류 처리 성능을 증가시키는 스위칭 소자의 상단층을 통하여 앵커 전극으로 추가적인 전류 경로가 있게 된다. As the top layer of the switching element bridge extends into the anchor area, the anchor area has greater mechanical strength. Additionally, there is an additional current path to the anchor electrode through the top layer of the switching element, which increases the anchor's current handling capability.
이상에서는 본 발명의 실시예들이 기술되었으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 이하의 청구범위에 의해 한정되는 범위 내에서 다른 또는 추가의 실시예들을 도출할 수 있을 것이다. Although embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other or additional embodiments may be derived within the scope limited by the following claims.
Claims (20)
적어도 앵커 전극(anchor electorde), 풀-다운 전극(pull-down electrode) 및 RF 전극(RF electrode)을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판;
상기 기판 및 풀-다운 전극 상에 배치된 절연 층;
상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격되고 및 상기 RF 전극으로부터 상기 제 1 거리와 다른 제 2 거리만큼 이격된 위치로부터 이동 가능한 스위칭 소자;를 포함하며,
상기 스위칭 소자는:
하단 층;
상단 층; 및
상기 하단 층을 상단 층에 연결하는 복수의 비아들;을 포함하며,
상기 스위칭 소자는 제1 앵커 부분, 제1 레그 부분, 및 브리지 부분을 포함하고, 상기 제1 앵커 부분과 브리지 부분에 복수의 비아들이 배치되며, 상기 제1 앵커 부분은 상기 앵커 전극에 결합되고,
상기 앵커 전극 및 상기 스위칭 소자 사이에 앵커 컨택부가 배치되고, 상기 스위칭 소자는 상기 앵커 컨택부와 2개의 개별적인 전류 경로로 전기적으로 결합되는, MEMS 디바이스.As a MEMS device,
A substrate having a plurality of electrodes formed therein, including at least an anchor electrode, a pull-down electrode, and an RF electrode;
an insulating layer disposed on the substrate and the pull-down electrode;
A switching element spaced apart from the RF electrode by a first distance and movable from a position spaced from the RF electrode by a second distance different from the first distance,
The switching element is:
bottom layer;
top layer; and
A plurality of vias connecting the bottom layer to the top layer,
The switching element includes a first anchor portion, a first leg portion, and a bridge portion, a plurality of vias are disposed on the first anchor portion and the bridge portion, and the first anchor portion is coupled to the anchor electrode,
An anchor contact is disposed between the anchor electrode and the switching element, and the switching element is electrically coupled to the anchor contact through two separate current paths.
상기 제1 앵커 부분은 상기 하단 층의 일 부분, 상기 상단 층의 일 부분, 상기 상단 층을 하단 층에 연결하는 적어도 하나의 제1 비아, 및 상기 하단 층을 상기 앵커 전극에 연결하는 적어도 하나의 제2 비아를 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 1,
The first anchor portion includes a portion of the bottom layer, a portion of the top layer, at least one first via connecting the top layer to the bottom layer, and at least one first via connecting the bottom layer to the anchor electrode. A MEMS device comprising a second via.
상기 앵커 컨택부는 상기 앵커 전극과 상기 적어도 하나의 제2 비아 사이에 배치되는, MEMS 디바이스.According to claim 2,
The anchor contact portion is disposed between the anchor electrode and the at least one second via.
상기 상단 층의 상단면에 결합되는 유전체 층을 더 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 3,
A MEMS device, further comprising a dielectric layer coupled to a top surface of the top layer.
상기 앵커 전극, 앵커 컨택부, 적어도 하나의 제2 비아, 하단 층, 적어도 하나의 제1 비아, 및 상단 층은 횡단면에서 볼 때 모두 수직으로 배열되는, MEMS 디바이스.According to claim 4,
The MEMS device of claim 1, wherein the anchor electrode, anchor contact, at least one second via, bottom layer, at least one first via, and top layer are all arranged vertically when viewed in cross section.
상기 복수의 전극들은 제2 앵커 전극을 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 5,
The MEMS device of claim 1, wherein the plurality of electrodes includes a second anchor electrode.
상기 스위칭 소자는 제2 앵커 부분을 포함하고, 상기 제2 앵커 부분은 상기 하단 층의 일 부분, 상기 상단 층의 일 부분, 상기 상단 층을 하단 층에 연결하는 상기 적어도 하나의 제1 비아, 및 상기 하단 층을 상기 제2 앵커 전극에 연결하는 상기 적어도 하나의 제2 비아를 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 6,
The switching element includes a second anchor portion, the second anchor portion comprising a portion of the bottom layer, a portion of the top layer, the at least one first via connecting the top layer to the bottom layer, and and the at least one second via connecting the bottom layer to the second anchor electrode.
적어도 앵커 전극, 풀-다운 전극 및 RF 전극을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판;
상기 앵커 전극에 배치된 앵커 컨택부;
상기 기판 및 풀-다운 전극 상에 배치된 절연 층;
상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격되고 및 상기 RF 전극으로부터 상기 제 1 거리와 다른 제 2 거리만큼 이격된 위치로부터 이동 가능한 스위칭 소자;를 포함하며,
상기 스위칭 소자는:
하단 층;
상단 층; 및
상기 하단 층을 상단 층에 연결하는 복수의 비아들;을 포함하며,
상기 스위칭 소자는 캐비티(cavity) 내에 싸여있으며,
상기 캐비티의 측벽은 상기 하단 층, 상단 층, 및 앵커 컨택부와 접촉하고, 상기 캐비티의 측벽은 상기 하단 층, 상단 층, 및 앵커 컨택부에 전기적으로 결합되고,
상기 스위칭 소자는 상기 앵커 컨택부와 2개의 개별적인 전류 경로로 전기적으로 결합되는, MEMS 디바이스.As a MEMS device,
A substrate having a plurality of electrodes formed therein, including at least an anchor electrode, a pull-down electrode, and an RF electrode;
an anchor contact portion disposed on the anchor electrode;
an insulating layer disposed on the substrate and the pull-down electrode;
A switching element spaced apart from the RF electrode by a first distance and movable from a position spaced from the RF electrode by a second distance different from the first distance,
The switching element is:
bottom layer;
top layer; and
A plurality of vias connecting the bottom layer to the top layer,
The switching element is enclosed in a cavity,
A side wall of the cavity is in contact with the bottom layer, the top layer, and the anchor contact portion, and the side wall of the cavity is electrically coupled to the bottom layer, the top layer, and the anchor contact portion,
The switching element is electrically coupled to the anchor contact portion through two separate current paths.
상기 복수의 전극들은 제2 앵커 전극을 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 8,
The MEMS device of claim 1, wherein the plurality of electrodes includes a second anchor electrode.
상기 제2 앵커 전극에 제2 앵커 컨택부가 배치되고, 상기 캐비티의 측벽은 상기 하단 층, 상단 층, 및 제2 앵커 컨택부와 접촉하는, MEMS 디바이스.According to clause 9,
A MEMS device wherein a second anchor contact is disposed on the second anchor electrode, and a side wall of the cavity is in contact with the bottom layer, the top layer, and the second anchor contact.
상기 하단 층을 상기 앵커 컨택부에 연결하는 비아를 더 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 10,
The MEMS device further comprising a via connecting the bottom layer to the anchor contact.
적어도 앵커 전극, 풀-다운 전극 및 RF 전극을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판;
상기 앵커 전극에 배치된 앵커 컨택부;
상기 기판 및 풀-다운 전극 상에 배치된 절연 층;
상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격되고 및 상기 RF 전극으로부터 상기 제 1 거리와 다른 제 2 거리만큼 이격된 위치로부터 이동 가능한 스위칭 소자;를 포함하며,
상기 스위칭 소자는:
하단 층;
상단 층; 및
상기 하단 층을 상단 층에 연결하는 복수의 비아들;을 포함하며,
상기 스위칭 소자는 제1 앵커 부분, 제1 레그 부분, 및 브리지 부분을 포함하고, 상기 제1 앵커 부분과 브리지 부분에 복수의 비아들이 배치되며, 상기 제1 앵커 부분은 상기 앵커 전극에 결합되며,
측벽이 상기 하단 층, 상단 층, 및 앵커 컨택부와 접촉하는 캐비티을 더 포함하고, 상기 캐비티의 측벽은 상기 하단 층, 상단 층, 및 앵커 컨택부에 전기적으로 결합되고,
상기 스위칭 소자는 상기 앵커 컨택부와 2개의 개별적인 전류 경로로 전기적으로 결합되는, MEMS 디바이스.As a MEMS device,
A substrate having a plurality of electrodes formed therein, including at least an anchor electrode, a pull-down electrode, and an RF electrode;
an anchor contact portion disposed on the anchor electrode;
an insulating layer disposed on the substrate and the pull-down electrode;
A switching element spaced apart from the RF electrode by a first distance and movable from a position spaced from the RF electrode by a second distance different from the first distance,
The switching element is:
bottom layer;
top layer; and
A plurality of vias connecting the bottom layer to the top layer,
The switching element includes a first anchor portion, a first leg portion, and a bridge portion, a plurality of vias are disposed on the first anchor portion and the bridge portion, and the first anchor portion is coupled to the anchor electrode,
further comprising a cavity whose sidewall is in contact with the bottom layer, the top layer, and the anchor contact portion, wherein the sidewall of the cavity is electrically coupled to the bottom layer, the top layer, and the anchor contact portion,
The switching element is electrically coupled to the anchor contact portion through two separate current paths.
상기 제1 앵커 부분은 상기 하단 층의 일 부분, 상기 상단 층의 일 부분, 상기 상단 층을 하단 층에 연결하는 적어도 하나의 제1 비아, 및 상기 하단 층을 상기 앵커 전극에 연결하는 적어도 하나의 제2 비아를 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 12,
The first anchor portion includes a portion of the bottom layer, a portion of the top layer, at least one first via connecting the top layer to the bottom layer, and at least one first via connecting the bottom layer to the anchor electrode. A MEMS device comprising a second via.
상기 앵커 전극과 상기 적어도 하나의 제2 비아 사이에 배치된 상기 앵커 컨택부를 더 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 13,
The MEMS device further comprising the anchor contact disposed between the anchor electrode and the at least one second via.
상기 상단 층의 상단면에 결합되는 유전체 층을 더 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 14,
A MEMS device, further comprising a dielectric layer coupled to a top surface of the top layer.
상기 앵커 전극, 앵커 컨택부, 적어도 하나의 제2 비아, 하단 층, 적어도 하나의 제1 비아, 및 상단 층은 횡단면에서 볼 때 모두 수직으로 배열되는, MEMS 디바이스.According to claim 15,
The MEMS device of claim 1, wherein the anchor electrode, anchor contact, at least one second via, bottom layer, at least one first via, and top layer are all arranged vertically when viewed in cross section.
상기 복수의 전극들은 제2 앵커 전극을 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 16,
The MEMS device of claim 1, wherein the plurality of electrodes includes a second anchor electrode.
상기 스위칭 소자는 제2 앵커 부분을 포함하고, 상기 제2 앵커 부분은 상기 하단 층의 일 부분, 상기 상단 층의 일 부분, 상기 상단 층을 하단 층에 연결하는 적어도 하나의 제1 비아, 및 상기 하단 층을 상기 제2 앵커 전극에 연결하는 적어도 하나의 제2 비아를 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 17,
The switching element includes a second anchor portion, the second anchor portion comprising a portion of the bottom layer, a portion of the top layer, at least one first via connecting the top layer to the bottom layer, and and at least one second via connecting a bottom layer to the second anchor electrode.
상기 복수의 전극들은 제2 앵커 전극을 포함하는, MEMS 디바이스.According to claim 12,
The MEMS device of claim 1, wherein the plurality of electrodes includes a second anchor electrode.
상기 제2 앵커 전극에 제2 앵커 컨택부가 배치되고, 상기 캐비티의 측벽은 상기 하단 층, 상단 층, 및 제2 앵커 컨택부와 접촉하는, MEMS 디바이스.According to claim 19,
A MEMS device wherein a second anchor contact is disposed on the second anchor electrode, and a side wall of the cavity is in contact with the bottom layer, the top layer, and the second anchor contact.
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